山大材料科学基础考研第十一章.ppt-淘文阁

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2、：度主要因素：马氏体量氏体量除除钴外，所有合金元素都使外，所有合金元素都使C曲曲线向右向右降低降低临界冷却速度，淬界冷却速度，淬硬硬层加深，淬透性提高，加深，淬透性提高，马氏体氏体量增加，量增加，强度提高；度提高；11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用作用一、合金元素一、合金元素对钢性能的影响性能的影响2.提高回火抗力提高回火抗力回火抗力：在回火抗力：在较高回火温度下仍高回火温度下仍能保持高硬度或能保持高硬度或强度的能力度的能力回回火火稳定性；定性；Si、Cr、Mo、W等阻止等阻止马氏体氏体分解，阻碍回火分解，阻碍回火过程程进行；行；合金元素必合金元素必须溶入奥氏体才能起溶入奥氏体才能起作

3、用；作用；二次硬化：高速二次硬化：高速钢等高温回火，等高温回火，回火硬度高于淬火硬度的回火硬度高于淬火硬度的现象：象：l合金碳化物的弥散析出；合金碳化物的弥散析出；l二次淬火：残余奥氏体中碳含二次淬火：残余奥氏体中碳含量下降，量下降，转变成成马氏体。氏体。11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用作用一、合金元素一、合金元素对钢性能的影响性能的影响3.获得碳得碳钢不具不具备的特殊性能的特殊性能获得得单相相组织(F、A)或双相或双相组织(F+A)耐腐耐腐蚀、耐、耐热、低温性、低温性能好等；能好等；合金元素合金元素对回火硬度的影响回火硬度的影响CrSiMo11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用

4、作用二、二、Me对钢平衡平衡组织的影响的影响1.合金元素在合金元素在钢中的分布中的分布形成非金属形成非金属夹杂：MnS,Cr2O3等；等；溶入固溶体：溶入固溶体：Ni、Si、Co等只溶于等只溶于铁素体；素体；形成形成强化相：化相：l碳化物：碳化物：VC、TiC、NbC、WC等；等；l合金碳化物：合金碳化物：(FeMn)3C、(FeCr)3C；l其他：其他：AlN，金属，金属间化合物等；化合物等；自由存在自由存在:以游离状以游离状态存在于基体存在于基体中，如中，如银Ag、铅Pb。11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用作用二、二、Me对钢平衡平衡组织的影响的影响z合金元素合金元素对Fe-Fe3

5、C相相图的影响的影响扩大大相区的元素：相区的元素：C、N、Ni、Mn，提高，提高A4点，降低点，降低A3及及A1温度，温度，相相稳定存在区域定存在区域扩大大奥氏体形奥氏体形成成(稳定定)元素；元素；缩小小相区的元素：相区的元素：Cr、V、Mo、Ti、Si等，等，A4下降，下降，A3及及A1上升，上升，缩小小相区相区铁素体形成元素；素体形成元素；所有合金元素使所有合金元素使E点和点和S点左移。点左移。Mn的影响的影响Cr的的影响影响11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用作用三、三、Me对钢不平衡不平衡组织的影响的影响1.除除Co外所有溶入奥氏体的合金元外所有溶入奥氏体的合金元素均使素均

6、使C曲曲线右移右移提高淬透性；提高淬透性；2.非或弱碳化物形成元素使非或弱碳化物形成元素使C曲曲线整体右移整体右移不改不改变曲曲线形状；形状；3.强碳化物形成元素使碳化物形成元素使C曲曲线分成分成两部分两部分珠光体珠光体转变曲曲线和和贝氏氏体体转变曲曲线：Cr等等强烈阻碍烈阻碍贝氏体氏体转变，对珠光珠光体体转变影响不大；影响不大；Mo(W)等等则有效推有效推迟珠光体珠光体转变而而对贝氏体氏体转变影响影响较小。小。11.1合金合金元素元素在在钢中的中的作用作用Ni的影响的影响Cr的影响的影响W的影响的影响钢的的分分类工程构工程构件用件用钢机器零机器零件用件用钢特殊性能特殊性能钢工具工具钢低合金高

7、低合金高强度度钢渗碳渗碳钢调质钢弹簧簧钢轴承承钢刃具刃具钢模具模具钢不不锈钢耐耐热钢钢的的分分类按按金金相相组织分分亚共析共析钢过共析共析钢莱氏莱氏体体钢共共析析钢平衡平衡组织珠光体珠光体钢马氏体氏体钢奥氏奥氏体体钢贝氏氏体体钢正火正火组织钢的的分分类按冶按冶炼方法分方法分冶冶炼设备电炉炉钢转炉炉钢平平炉炉钢碱性碱性酸性酸性脱氧程度脱氧程度镇静静钢半半镇静静钢沸沸腾钢钢的的分分类按冶金按冶金质量分量分(S、P含量含量)普通普通钢0.04%P0.05%S优质钢0.025%P0.025%S高高级优质钢0.025%P0.015%S钢的的分分类按成分分按成分分低碳低碳钢0.25%C中碳中碳钢0.25

8、-0.6%C高碳高碳钢0.6%C低合金低合金钢5%Me中合金中合金钢510%Me高合金高合金钢10%Me11.2低低合合金金高高强度度钢|低合金高低合金高强度度钢:HSLA(HighStrengthLowAlloysteel)构件构件用用钢,低碳、低合金，高低碳、低合金，高强度，度，保持塑性、保持塑性、韧性。性。一、低合金高一、低合金高强度度钢的性能要求的性能要求1.高屈服高屈服强度度减减轻自重自重,降低成本降低成本;2.良好的塑性和良好的塑性和韧性，塑脆性，塑脆转变温温度低；度低；3.好的工好的工艺性能性能(冷加工成形能力和冷加工成形能力和可可焊性性)和耐和耐蚀性性普通低碳普通低碳钢：s24

9、0MPaHSLA钢:s350500MPa320mm厚的厚的钢板：板：521%,ak纵向向80Jcm-2,ak横向横向60Jcm-2，Tk-4011.2低低合合金金高高强度度钢二、低合金高二、低合金高强度度钢的成分与的成分与组织1.成分成分低碳：低碳：wc0.2%l碳含量增加，碳含量增加，b提高，提高，s影响不大，影响不大，脆断脆断倾向大大增加，工向大大增加，工艺性能性能变差。差。主加合金元素：主加合金元素：Mnl强化效果化效果有有显著的固溶著的固溶强化作用；化作用；细化化铁素体晶粒；素体晶粒；增加珠光体数量增加珠光体数量.Mn:扩大大相区的相区的元素元素,明明显降低降低Ar3线,奥氏体向奥氏

10、体向铁素素体体转变温度降低温度降低.lMn含量不能超含量不能超过1.5%出出现贝氏体氏体;加入加入V、Nb、N等形成碳化物或氮化等形成碳化物或氮化物物沉淀沉淀强化；化；加入稀土元素改善加入稀土元素改善夹杂物形物形态；加入少量加入少量P、Cu增加耐大气腐增加耐大气腐蚀性。性。11.2低低合合金金高高强度度钢二、低合金高二、低合金高强度度钢的成分与的成分与组织2.组织 s500MPa，低碳，低碳贝氏体、氏体、铁素体素体+贝氏体、氏体、铁素体素体+马氏体。氏体。三、控制三、控制轧制微合金化制微合金化钢1.成分：低碳成分：低碳+少量少量Nb、Ti、V；2.控制控制轧制：制：首先在高温奥氏体快速再首先在

11、高温奥氏体快速再结晶区粗晶区粗轧几道；几道；降温一定降温一定时间;降温至奥氏体不能再降温至奥氏体不能再结晶和两相区晶和两相区时，终轧，继续变形；形；停停轧后后转变成晶粒极成晶粒极为细小的小的铁素素体。体。初初轧温度高温度高,碳化碳化物等溶入奥氏体物等溶入奥氏体,奥氏体奥氏体动态再再结晶晶,晶粒不晶粒不长大；大；随温度降低随温度降低,碳、碳、氮化物析出氮化物析出,阻阻碍晶粒碍晶粒长大；大；因因Nb、Ti、V作作用用,奥氏体不能再奥氏体不能再结晶的温度增高晶的温度增高.已再已再结晶的晶粒晶的晶粒变扁平扁平,界面面界面面积增加增加,内部缺陷增多内部缺陷增多,产生生变形形带,铁素体素体转变形核位置增加

12、形核位置增加.11.2低低合合金金高高强度度钢四、双相四、双相钢1.双相双相钢：小：小岛状状马氏体或下氏体或下贝氏体分氏体分布在布在细小等小等轴铁素体基体上素体基体上马氏体氏体-铁素体或素体或贝氏体氏体-铁素体双相素体双相钢。2.成分：低碳成分：低碳,wMn1.5%,wSi0.5%,wV0.05%;3.组织形成：形成：钢板板轧制后在制后在(+)两两相区相区连续退火，形成富碳和富合金的退火，形成富碳和富合金的奥氏体小奥氏体小岛分布在分布在铁素体基体上，冷素体基体上，冷却后小却后小岛转变为马氏体或氏体或贝氏体。氏体。4.性能：性能：s=370MPa，b=665MPa，伸伸长率率22%，冷，冷变形加

13、工性能好；形加工性能好；变形后低温回火去形后低温回火去应力，屈服力，屈服强度有度有较大提高。大提高。11.3合合金金结构构钢一、超高一、超高强度度钢z保保证不断裂的条件下不断裂的条件下强度尽可度尽可能高：能高：s1400MPaz成分：中碳合金成分：中碳合金钢40CrNiMoz热处理：淬火加低温回火理：淬火加低温回火z冶冶炼、成分、成分、热处理、加工等理、加工等应严格控制格控制z多用于航空航天部多用于航空航天部门11.3合合金金结构构钢二、具有二、具有综合力学性能的合力学性能的结构构钢调质钢z要求要求钢的的强度和塑性度和塑性韧性有最佳性有最佳配合。配合。z成分：中碳，适量合金元素成分：中碳，适量

14、合金元素(保保证淬透性即可淬透性即可)；z热处理：淬火加高温回火理：淬火加高温回火调质，得回火索氏体；得回火索氏体；z应用：各种用：各种轴类，连杆等杆等11.3合合金金结构构钢三、具有高三、具有高弹性极限和疲性极限和疲劳强度度的的结构构钢弹簧簧钢z吸收冲吸收冲击能量，减能量，减轻振振动和冲和冲击作用。作用。储存能量，存能量，驱动零件完成零件完成预定工作。定工作。z受力：周期交受力：周期交变应力。力。z失效形式：疲失效形式：疲劳断裂及断裂及过量塑性量塑性变形。形。z性能要求：性能要求：1.高的高的 s、P、-1以及以及 s/b；2.一定的塑性和一定的塑性和韧性；性；11.3合合金金结构构钢z化学

15、成分化学成分碳碳l碳碳素素弹簧簧钢0.60.9%C接接近近共共析析成成分分 P提高提高;l合合金金弹簧簧钢0.5-0.7%C合合金金元元素素使使共析点左移。共析点左移。合金元素合金元素l主加元素：主加元素：Mn、Si;l辅加元素：加元素：Cr、Mo、V、B、W等等;z热处理理：淬淬火火加加中中温温回回火火，可可附附加加喷丸丸处理理11.3合合金金结构构钢四、具有高接触疲四、具有高接触疲劳强度和耐度和耐磨性能的磨性能的钢轴承承钢z受力：受力：周期接触周期接触应力力(高高压负荷荷)、冲、冲击、磨、磨损；z失效：失效：疲疲劳剥落、磨剥落、磨损、断裂、断裂、锈蚀等；等；z性能要求：性能要求：1)高抗高

16、抗压强度、高度、高-1(接触接触应力达力达4000-5000MPa);2)高高弹性极限性极限不不产生塑性生塑性变形；形；3)高而均匀的硬度和耐磨性；高而均匀的硬度和耐磨性；4)尺寸尺寸稳定性好；定性好；5)淬透性好淬透性好,磨削性能好。磨削性能好。11.3合合金金结构构钢z化学成分化学成分1.高碳高碳0.95-1.15%Cl保保证淬硬性淬硬性,提高硬度和耐磨性。提高硬度和耐磨性。l高高 P、高耐磨性要求、高耐磨性要求C高，而高，而-1不允不允许C太高。太高。2.合金元素合金元素主要主要Me:Cr、Mn、Si。z热处理：理：球化退火球化退火:获均匀分布粒状均匀分布粒状P,降降低硬度便于机加工。低

17、硬度便于机加工。淬火加低温回火。淬火加低温回火。11.3合合金金结构构钢五、表面具有高耐磨性和疲五、表面具有高耐磨性和疲劳强度、心部有足度、心部有足够强度和度和韧性的性的结构构钢渗碳渗碳钢z受力情况：受力情况：齿根部根部交交变弯曲弯曲应力；力；啮合合齿面面接触疲接触疲劳和磨和磨损；齿牙牙较大冲大冲击(突然接合或刹突然接合或刹车时)。z失效形式：失效形式：齿面磨面磨损和剥落，和剥落，齿牙断裂。牙断裂。z性能要求：性能要求：高的弯曲疲高的弯曲疲劳强度、高的接触疲度、高的接触疲劳强度、高的耐磨性，心部度、高的耐磨性，心部较高高强韧性。性。11.3合合金金结构构钢z化学成分化学成分低碳低碳：wc0.1

18、0%-0.25%心部碳含量心部碳含量合金元素：合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、W等等.z热处理理正火正火+渗碳渗碳+渗后淬火渗后淬火+低温回火低温回火z最最终组织表表层：M回回细粒状粒状K少量少量A高硬度、高耐磨性、高接触疲高硬度、高耐磨性、高接触疲劳强度；度；心部：低碳心部：低碳M(淬透淬透)或低碳或低碳MF(未淬未淬透透)，高，高强韧性性表面有残余表面有残余压应力力提高弯曲疲提高弯曲疲劳强度。度。11.4合金合金工具工具钢一、工具一、工具钢的分的分类、成分与、成分与组织1.工具工具钢分分类工工具具模具模具模具用钢模具用钢量具量具无专用钢种无专用钢种刀具刀具刀具用钢刀具用钢刃具刃具刃具用钢

19、刃具用钢碳素工具钢碳素工具钢低合金工具钢低合金工具钢高速工具钢高速工具钢冷作模具钢冷作模具钢热作模具钢热作模具钢塑料模具钢塑料模具钢11.4合合金金工工具具钢1.工具工具钢分分类a.冷作工模具冷作工模具钢b.热作工模具作工模具钢c.高速高速钢d.耐冲耐冲击工模具工模具钢e.塑料模具塑料模具钢可用合金可用合金结构构钢2.a,b,c的性能要求：的性能要求：高硬度、高耐磨性、高高硬度、高耐磨性、高红硬性，足硬性，足够的塑性和的塑性和韧性。性。3.成分特点：成分特点：碳含量碳含量较高；高；大量碳化物形成元素。大量碳化物形成元素。4.正常正常组织：极极细隐晶晶马氏体加弥散分布在基体氏体加弥散分布在基体上

20、上细小碳化物小碳化物颗粒少量残余奥氏体。粒少量残余奥氏体。11.4合合金金工工具具钢二、碳素工具二、碳素工具钢和低合金工具和低合金工具钢1.碳素工具碳素工具钢：T7T13，wc：0.7%-1.3%；T7、T8aK较高，耐磨性低，用于高，耐磨性低，用于制做受冲制做受冲击的的凿子、木工工具等。子、木工工具等。T10、T12aK低低，耐耐磨磨性性高高，用用来来作作锯条条(T10)、车刀刀、锉刀刀(T12)及及冷冲模等。冷冲模等。优点：易点：易锻造，易加工，价格便宜；造，易加工，价格便宜；缺点：缺点：l淬透性低，水淬开裂淬透性低，水淬开裂倾向大；向大；l组织稳定定性性低低，无无红硬硬性性(受受热200

21、硬度下降硬度下降)；l耐磨性不耐磨性不够。11.4合合金金工工具具钢2.低合金工具低合金工具钢碳素工具碳素工具钢加一种或多种合金元加一种或多种合金元素素(Cr、Mn、Si、W、Mo、V)构成，碳含量：构成，碳含量：0.75-1.5%范范围，合金元素合金元素总量量5%；应用：板牙、用：板牙、丝锥、搓、搓丝板等精板等精度和耐磨性要求高的薄刃度和耐磨性要求高的薄刃工具。工具。3.热处理理预先先热处理理球化退火；球化退火；最最终热处理理淬火、低温回火。淬火、低温回火。11.4合合金金工工具具钢三、高速工具三、高速工具钢1.化学成分化学成分:高碳高合金高碳高合金,碳含量碳含量:0.7-1.15%;主主要

22、要合合金金元元素素：W、Mo、Cr、V、Co等等利用二次硬化利用二次硬化;2.分分类:钨系，系，T1:W18Cr4V,18-4-1;钼系，系，M2：W6Mo5Cr4V2,6-5-4-23.性能特点：性能特点：高高淬淬透透性性、高高红硬硬性性、高高强度度、适宜的塑性和适宜的塑性和韧性。性。4.用途：各种加工工具。用途：各种加工工具。11.4合合金金工工具具钢5.热处理理热加工：目的是破碎、加工：目的是破碎、细化粗大共化粗大共晶碳化物晶碳化物,提高提高aK值。退火：降低硬度，退火：降低硬度，获得碳化物均匀得碳化物均匀分布的粒状分布的粒状组织，为淬火做淬火做组织准准备。最最终热处理：淬火加三次高温回

23、火。理：淬火加三次高温回火。l硬硬度度和和红硬硬性性要要求求为主主,韧性性要要求求不不高高时，取，取较高淬火温度，高淬火温度，1280；l形形状状复复杂、厚厚薄薄不不均均，易易变形形开开裂裂时，取取较低淬火温度，低淬火温度，1220。l回回火火工工艺：550560/1-1.5h三三次次。一一次次:M淬淬火火M回回,15%AM1,约10%A保保留留；二二次次:MM回回，5-6%AM2；三三次次回回火火后后可可使使A降降低低到到1-2%水平。水平。11.4合合金金工工具具钢四、高碳四、高碳铬钢1.高碳高高碳高铬钢Cr12MoV成分特点：高碳成分特点：高碳(1.45-2.3%)、高高铬(11-13%

24、);性能性能:淬透性高淬透性高,高高强度、高硬度、高硬度、高耐磨性，足度、高耐磨性，足够的的韧性，淬火性，淬火变形微小；形微小；热处理理:l锻造、球化退火；造、球化退火；l淬火回火：淬火回火：一次硬化：淬火一次硬化：淬火+低温回火，低温回火，二次硬化：淬火二次硬化：淬火+高温回火。高温回火。11.4合合金金工工具具钢2.高碳中高碳中铬钢Cr5Mo成分特点：成分特点：C、Cr含量低于高碳含量低于高碳高高铬钢，wc约1%，wCr约5%；性能性能:淬透性高淬透性高,高高强度、高硬度、高硬度、度、韧性极好；性极好；五、五、热变形模具形模具钢1.锤锻模模5CrNiMo摩擦，交摩擦，交变热应力，冲力，冲击

25、，工作，工作温度温度300-400，截面大；，截面大；成分特点：成分特点：lC0.5-0.6%lNi、Cr、Mo、Mn；性能：高淬透性、良好性能：高淬透性、良好综合力学合力学性能，性能，较高高热强性。性。11.4合合金金工工具具钢2.热挤压模模3Cr2W8V特点：工作面温升高特点：工作面温升高(铝合金合金550,黑色金属可达黑色金属可达900以上以上)，受力复，受力复杂，急冷急，急冷急热热应力。力。性能要求：更高的高温性能要求：更高的高温强度和度和热稳定性，更好的定性，更好的热疲疲劳、热磨磨损抗力及好的抗力及好的韧性。性。成分特点：成分特点：0.3-0.4%C7.5-9.0%W2.2-2.7%

26、Cr0.2-0.5%V优点：点：热稳定性高，耐磨性高。定性高，耐磨性高。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢一、金属一、金属电化学腐化学腐蚀的基本概念的基本概念z电化化学学腐腐蚀：由由于于不不同同金金属属或或金金属属的的不不同同相相间电极极电位位不不同同而而在在电解解质作用下作用下产生的腐生的腐蚀。铁的的电位位低低为阳阳极极，铜的的电位位高高为阴阴极极，两两者者由由导线相相连且且同同处于于H2SO4电解解质中：中：阳极阳极(铁板板)：FeFe2+2e不断失不断失电子被腐子被腐蚀阴极阴极(铜板板)：2H+2eH2析出析出氢气气同同一一金金属属置置于于电解解质溶溶液液中中时亦亦可可因因不不同同相相

27、间存存在在不不同同电极极电位而形成原位而形成原电池。池。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢z形成原形成原电池条件：池条件：1)存在存在电极极电位差；位差；2)有有联接；接；3)处于同一于同一电解解质溶液中。溶液中。z腐腐蚀电池分池分类宏宏观腐腐蚀电池池：不不同同金金属属直直接接接接触触组成；成；微微观腐腐蚀电池池：同同一一金金属属表表面面的的不均匀性引起。不均匀性引起。z减少减少电化学腐化学腐蚀的方法的方法表面形成表面形成连续、致密的氧化膜；、致密的氧化膜；提高提高铁的的电极极电位；位；减少第二相，形成减少第二相，形成单项固溶体。固溶体。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢碳碳Cl耐耐蚀性能

28、性能为主主时尽量少加；尽量少加；l耐耐蚀性与力学性能并重性与力学性能并重时，可适当，可适当提高提高wc 0.1%0.2%，最高，最高0.4%；l加加C可得可得M型或型或F+M型不型不锈钢。Cr对Fe-Cr合金合金电极极电位的影响位的影响二、不二、不锈钢的化学成分与腐的化学成分与腐蚀抗力抗力1.不不锈钢的化学成分的化学成分铬Crl在表面形成致密氧化膜在表面形成致密氧化膜Cr2O3;l提高提高铁的的电极极电位，位，n/8规律；律；l形成形成单相相铁素体素体l不不锈钢中最低中最低铬含量含量wCr13%；镍Nil形成形成单相奥氏体；相奥氏体；l多与多与Cr共用，共用，Cr可减少形成可减少形成单相奥相奥

29、氏体氏体时Ni的用量；的用量；11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢2.不不锈钢的抗腐的抗腐蚀性能性能大气、水蒸气、水、弱腐大气、水蒸气、水、弱腐蚀介介质、汽油及食品中所有不汽油及食品中所有不锈钢耐耐蚀；在氧化性介在氧化性介质(硝酸硝酸)中不中不锈钢表面表面易于形成氧化膜，可在短易于形成氧化膜，可在短时间内内钝化不化不锈钢Cr含量需高于含量需高于17%；稀稀硫硫酸酸等等含含氧氧量量低低，不不易易产生生完完整整钝化化膜膜，一一般般铬或或铬镍不不锈钢不不耐耐蚀，可加入，可加入钼、铜等。等。强有有机机酸酸中中含含氧氧量量亦亦低低，铬锰不不锈钢耐耐蚀性性好好于于铬镍不不锈钢，加加入入适适量量钼、铜效果更

30、好。效果更好。含含Cl-介介质中中易易发生生点点蚀，含含钼不不锈钢耐点耐点蚀性性较好。好。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢三、不三、不锈钢的脆性的脆性1.相析出相析出FeCr金属金属间化合物，化合物，硬而脆，硬而脆，550-800长时间停停留析出，常存在于晶界并伴有留析出，常存在于晶界并伴有体体积效效应，造成脆性，造成脆性可在可在850以上以上长时间保温消除；保温消除；2.475脆脆wCr15%，在，在400-520间保温或保温或缓冷造成室温冷造成室温脆性。原因：此温度范脆性。原因：此温度范围Cr原原子易有序化，形成富子易有序化，形成富Cr的的相并与母相共格，畸相并与母相共格，畸变应增加

31、，增加，冲冲击韧性下降性下降可快冷消除；可快冷消除；11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢3.晶晶间腐腐蚀脆性脆性危危险性极大性极大原原因因：在在敏敏化化温温度度(450-800)加加热或或时效效过程程中中沿沿界界析析出出Cr23C6，造造成成晶晶界界附附近近贫铬，当当铬含含量量低低于于13%时失去失去钝化效果。化效果。防止措施：防止措施：1.固溶固溶处理理成分均匀；成分均匀；2.C减少减少Cr23C6的析出；的析出；3.定定碳碳及及稳定定化化处理理加加入入铌、钛形形成成稳定定碳碳化化物物NbC、TiC，减减少少Cr23C6的形成。的形成。4.改改变Cr23C6析析出出数数量量及及分分布布调整整

32、成成分分使使组织中中存存在在少少量量铁素素体体，Cr23C6优先先在在/界界面面析析出出，减减少少其其晶界析出数量，降低晶晶界析出数量，降低晶间腐腐蚀。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢四、不四、不锈钢的种的种类1.铁素体型不素体型不锈钢低碳：低碳：0.1%C，极限含量，极限含量0.15%C；C是是A形成元素，且与形成元素，且与Cr形成形成Cr23C6，降低耐，降低耐蚀性。高性。高铬：13-30%，提高耐，提高耐蚀性，保性，保证形成形成F组织。组织：F+Cr23C6，不不发生相生相变，保持保持单一一铁素体素体组织不能用不能用热处理方法理方法强化。化。性能及性能及应用：用：1)耐耐蚀性好，尤其

33、在硝酸等氧化性性好，尤其在硝酸等氧化性酸中耐酸中耐蚀性特性特别好，常用于尿素好，常用于尿素生生产厂家；厂家；2)抗氧化性抗氧化性较好，常作好，常作为耐耐热钢件件用，如汽用，如汽车排气排气阀等。等。3)抗抗应力腐力腐蚀及切削加工性能及切削加工性能优于于奥氏体不奥氏体不锈钢。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢2.马氏体型不氏体型不锈钢碳含量范碳含量范围较大，从大，从1Cr13的的0.08-0.15%，到，到9Cr18的的0.90-1.00%。铬取低限，大多取低限，大多12-14%，少数达，少数达17-19%；因碳是奥氏体形成元素，故；因碳是奥氏体形成元素，故加加热冷却冷却过程中有程中有相相变，

34、可淬，可淬火火处理，理，Ms点在室温以上。点在室温以上。性能：耐性能：耐蚀性、塑性和性、塑性和焊接性能不接性能不如奥氏体、如奥氏体、铁素体不素体不锈钢，但在耐，但在耐蚀性基性基础上具有上具有较好的力学性能，好的力学性能，价廉，是不价廉，是不锈钢中最便宜的一种。中最便宜的一种。主要主要钢号：号：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr1311.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢3.奥氏体不奥氏体不锈钢铬-镍不不锈钢成分特点：成分特点：l高高铬18%,高高镍9%,Cr、Ni相相辅相相成成获得得单一一A；铬、镍总量量：18%+9%=27%耐耐蚀电位：位：2/8;l低低(超超低低)碳碳0.1%减减少少K

35、，提提高高耐耐蚀性；性；l其其他他元元素素钛、铌、钼等等，提提高高耐耐蚀性，固定性，固定C原子，防止晶原子，防止晶间腐腐蚀。性能：性能：1)耐耐蚀性最好，性最好，优于于F和和M不不锈钢；2)塑性好、塑性好、韧性高，无冷脆性高，无冷脆转变温度；温度；3)无磁性；无磁性；4)热强性高；性高；3.5)可可焊性好；性好；4.6)切削加工性能低；切削加工性能低；5.7)晶晶间腐腐蚀敏感性敏感性较高。高。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢组织：l平衡平衡组织F+A+Cr23C6；l热处理理组织A+F+(Cr,Fe)23C6。l非非A稳定化定化钢，如，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9等等，冷冷变形形可

36、可引引起起形形变诱发马氏体相氏体相变；lA稳定化定化钢，如，如0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti，则无无此此现象象，强化化效效果有限。果有限。热处理理l固固溶溶处理理:消消除除应力力和和晶晶间腐腐蚀倾向，提高耐向，提高耐蚀性性;l消消除除应力力处理理:消消除除冷冷加加工工内内应力力,消除消除焊接接应力及力及应力腐力腐蚀敏感敏感;l稳定定化化处理理:优先先形形成成稳定定的的TiC、NbC，不不形形成成或或少少形形成成Cr23C6，防防止晶止晶间腐腐蚀。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢4.沉淀硬化不沉淀硬化不锈钢指在指在马氏体基氏体基础上上经过时效效处理理产生沉淀生沉淀强化而得到超高化

37、而得到超高强度的度的钢，主要有，主要有A-M沉淀硬化不沉淀硬化不锈钢和和M沉淀硬化不沉淀硬化不锈钢两两类。主要通主要通过调整整钢的成分，使的成分，使Ms点降低，固溶点降低，固溶处理后得到不理后得到不稳定定残余奥氏体或残余奥氏体或M+A组织，随后，随后经时效析出金属效析出金属间化合物化合物强化。化。特点：易于加工，高特点：易于加工，高强度、好的度、好的塑性、塑性、优异的耐腐异的耐腐蚀性能。性能。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢五、耐五、耐热钢z能在高温下工作，有一定能在高温下工作，有一定强度，度，抗氧化、耐腐抗氧化、耐腐蚀的的铁基合金：基合金：抗氧化抗氧化钢铁素体型；素体型；热强钢珠光体型、

38、珠光体型、马氏体型、氏体型、奥氏体型。奥氏体型。1.铁素体抗氧化素体抗氧化钢在在铁素体不素体不锈钢基基础上上发展起来展起来的，主要添加的，主要添加Si、Al等抗氧化等抗氧化Me元素，且随元素，且随Cr含量增加，抗含量增加，抗氧化性提高。氧化性提高。高温下迅速氧化，形成高温下迅速氧化，形成连续、致、致密、并牢固附着在金属材料表面密、并牢固附着在金属材料表面的氧化薄膜，保的氧化薄膜，保护材料不被材料不被继续氧化。氧化。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢2.珠光体耐珠光体耐热钢特点：合金元素低，高温特点：合金元素低，高温强度高度高,抗氧化及耐抗氧化及耐蚀性好性好,组织稳定性高定性高不球化和石墨化不

39、球化和石墨化,工工艺性能好，性能好，价格低，可在价格低，可在600左右工作。左右工作。按碳含量及用途可分按碳含量及用途可分为两两类：l低碳珠光体耐低碳珠光体耐热钢(锅炉管炉管线用用钢)；l中碳珠光体耐中碳珠光体耐热钢.热处理理l低低碳碳:正正火火加加高高温温回回火火,可可得得贝氏氏体体、低碳低碳马氏体及氏体及铁素体加珠光体素体加珠光体组织。l中中碳碳:淬淬火火加加高高温温回回火火，组织回回火火索氏体。索氏体。11.5不不锈锈钢钢与与耐耐热热钢钢3.马氏体耐氏体耐热钢常用常用:l叶片用叶片用钢汽汽轮机叶片，工作温度机叶片，工作温度450-620;l排气排气阀用用钢工作温度工作温度700-850,

40、燃气含硫、燃气含硫、钠、钒及及盐类；性能：耐性能：耐蚀性、性、热强性、耐磨性、性、耐磨性、抗氧化性；抗氧化性；成分：成分：lCr13型添加型添加Mo、W、V、Nb、B等等;l较高碳、加硅提高抗氧化性能高碳、加硅提高抗氧化性能热处理：理：调质处理理11.6铸铸铁铁一、概述一、概述z铸铁：以：以铁、碳、硅、碳、硅为主要成主要成分、有具有共晶分、有具有共晶转变的多元的多元铁基合金。基合金。z成分：成分：wC=2.5%-4.0%，wSi=1.0%-3.0%，wP=0.4%-1.5%，wS=0.02%-0.2%。z性能：性能：铸造性能造性能优良，工良，工艺简单，成本低廉。，成本低廉。优良的减震性、良的减

41、震性、耐磨性和可切削加工性能。耐磨性和可切削加工性能。11.6铸铸铁铁二、二、铸铁的石墨化及其影响因素的石墨化及其影响因素z铸件件结晶的晶的热力学与力学与动力学力学1.铁碳合金双重状碳合金双重状态图l按按Fe-Fe3C状状态图结晶晶白口白口铸铁;l按按Fe-C状状态图灰灰铸铁。11.6铸铸铁铁2.热力学条件力学条件l1148t1154时，F+G最低，最低，结晶出晶出A+G；lt1148时，F+G和和F+Fe3C均低于均低于FL，但，但F+G最低，故有利于最低，故有利于A+G形成。形成。3.动力学条件力学条件lFe3C的的wC为6.67%，而石墨的，而石墨的wC接近接近100%，Fe3C形核所需

42、的能量起伏形核所需的能量起伏远小于石墨形核，因此，小于石墨形核，因此，动力学条件有力学条件有利于利于A+Fe3C的形成。的形成。4.石墨化两石墨化两阶段：段：l第一第一阶段：液相析出一次石墨、共晶段：液相析出一次石墨、共晶石墨及一次渗碳体和共晶渗碳体分解石墨及一次渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨的石墨的过程；程；l第二第二阶段：共析石墨及共析渗碳体分段：共析石墨及共析渗碳体分解石墨。解石墨。l中中间阶段：奥氏体析出二次石墨及二段：奥氏体析出二次石墨及二次渗碳体分解石墨；次渗碳体分解石墨；11.6铸铸铁铁z影响因素影响因素1.冷却速度的影响冷却速度的影响l冷冷却却速速度度越越慢慢，越越有有利利于于按

43、按Fe-C状状态图结晶；晶；l冷速快，冷速快，则按按Fe-Fe3C状状态图结晶；晶；l铸件件壁壁厚厚、浇注注温温度度和和铸型型材材料料对石石墨墨化化的的影影响响可可归结为冷冷却却速速度度的的影影响响，壁壁厚厚大大、浇注注温温度度高高及及砂砂型型都都有有利利于于石墨化。石墨化。2.化学成分的影响化学成分的影响lC、Si强烈促烈促进各各阶段石墨化；段石墨化；lP亦促亦促进石墨化，但作用小于石墨化，但作用小于C和和Si；l碳化物形成元素都阻碍石墨化；碳化物形成元素都阻碍石墨化；l非碳化物形成元素影响非碳化物形成元素影响较复复杂。lMn和和S的影响。的影响。11.6铸铸铁铁三、灰三、灰铸铁1.灰灰铸铁

44、的的组织金属基体加条形片状石墨金属基体加条形片状石墨;金属基体有金属基体有铁素体、素体、铁素体加珠素体加珠光体和珠光体三种。光体和珠光体三种。11.6铸铸铁铁2.灰灰铸铁的性能的性能抗抗拉拉强度度100-400MPa石石墨墨的的缩减作用和切割作用；减作用和切割作用；抗抗压强度度:抗抗拉拉强度度2.5-4.0:1(硬硬度度范范围130-270HBS)。石石墨墨片片粗粗大大、量多，硬度、抗量多，硬度、抗压强度下降；度下降；伸伸长率率极极小小：0.2%-0.7%；冲冲击韧性：性：2-8J/cm2；耐耐磨磨性性：灰灰铸铁耐耐磨磨性性很很好好，脱脱落落石石墨墨润滑滑剂，石石墨墨脱脱落落后后的的微微孔孔储

45、存存润滑油，存放磨滑油，存放磨损微粒。微粒。减减振振性性：石石墨墨割割裂裂基基体体，阻阻止止振振动传播，减振效果好。播，减振效果好。11.6铸铸铁铁3.灰灰铸铁的的变质处理理机理：加入孕育机理：加入孕育剂(变质剂)，形，形成外来晶核，激成外来晶核，激发自生晶核自生晶核产生生细化化组织处理理;经变质(孕育孕育)处理的灰理的灰铸铁为孕孕育育铸铁;常用孕育常用孕育剂：硅：硅铁合金、硅合金、硅钙合合金、硅金、硅钙稀土合金和硅稀土合金和硅钡钙合金。合金。方法：破碎，烘烤，置于方法：破碎，烘烤，置于浇道，道，冲入冲入浇包；包；组织：珠光体基体，：珠光体基体，细小石墨片小石墨片均匀分布在均匀分布在P上，石墨

46、的上，石墨的缩减和减和切割作用减小；切割作用减小；性能：壁厚敏感性小，性能：壁厚敏感性小，强度、耐度、耐磨性明磨性明显提高，塑性、提高，塑性、韧性提高性提高不大不大(与灰与灰铁比比)。11.6铸铸铁铁四、可四、可锻铸铁z可可锻铸铁是白口是白口铸铁石墨化退火石墨化退火后得到的高后得到的高强度度铸铁。z分分类：黑心可：黑心可锻铸铁、珠光体可、珠光体可锻铸铁、白心可、白心可锻铸铁。1.可可锻铸铁的的获得得前提：有合格的前提：有合格的纯白口白口组织铸铁，应降低促降低促进石墨化元素的含量。石墨化元素的含量。成分：成分：2.4-2.7%C,1.4-1.8%Si,0.5-0.7%Mn,0.08%P,0.25

47、%S,少量孕育少量孕育剂Al等。等。石墨化退火石墨化退火白口白口铸铁加加热至高温至高温长时间退火，渗碳体分解，形成退火，渗碳体分解，形成团絮状石墨。絮状石墨。11.6铸铸铁铁KTH300-06,石墨化退火石墨化退火处理理,未浸未浸蚀KTH300-06,石墨化退火石墨化退火处理理,4%硝酸酒硝酸酒精溶液浸精溶液浸蚀11.6铸铸铁铁2.可可锻铸铁的性能的性能力学性能高于灰力学性能高于灰铸铁，接近球墨，接近球墨铸铁；工工艺简单，成本低；，成本低；水及水及盐水中耐水中耐蚀性性优于碳素于碳素钢；耐耐热性性优于灰于灰铸铁和碳和碳钢；黑心可黑心可锻铸铁有有较高塑性和高塑性和韧性，性，可承受冲可承受冲击和振和

48、振动；珠光体可珠光体可锻铸铁具有具有较高高强度和度和好的耐磨性，用于要求高好的耐磨性，用于要求高强度、度、耐磨耐磨铸件；件；切削加工性能好。切削加工性能好。11.6铸铸铁铁五、球墨五、球墨铸铁z球墨球墨铸铁：灰：灰铸铁经球化和孕育球化和孕育处理，石墨成球形理，石墨成球形;球球铁的的强度、度、塑性和塑性和韧性性较灰灰铸铁高得多，并高得多，并有良好的耐磨性和减振性。有良好的耐磨性和减振性。11.6铸铸铁铁1.球球铁的成分与制造工的成分与制造工艺C、Si偏高，偏高，S、P低：低：wC=3.6%-3.9%，wSi=2.2%-2.7%；wS0.02%-0.32%,wP1%)lZn(32.2)、Mg(14

49、.9)、Cu(5.65)、Li(4.2)、Mn(1.82)、Si(1.65)z铝合金的合金的强化方式：化方式：时效效强化、固溶化、固溶强化、沉淀化、沉淀强化、化、过剩相剩相强化、化、细化化组织强化及冷作化及冷作硬化硬化强化等；化等；时效效强化不能有效提高疲化不能有效提高疲劳极限；极限；在拉在拉应力和腐力和腐蚀介介质共同作用下易共同作用下易发生生应力腐力腐蚀裂裂纹垂直于拉垂直于拉应力力方向且沿晶界方向且沿晶界扩展。展。11.7铝铝合合金金z铝合金的分合金的分类变形形铝合金合金Me含量含量B点；点；l不能不能热处理理强化的化的铝合金合金Me含量含量B点；点；11.7铝铝合合金金二、二、变形形铝合金

50、合金z不能不能热处理理强化的化的铝合金合金Al-Mg,Al-Mn系系形形变强化化铝合金；合金；室温析出的室温析出的GP区区热力学上不力学上不稳定定,无无明明显时效效强化效化效应,有固溶有固溶强化化;成形性和成形性和焊接性能好，耐接性能好，耐蚀性高性高防防锈铝合金合金.z可以可以热处理理强化的化的铝合金合金1.Al-Cu、Al-Cu-Mg：硬硬铝系列系列l组织:+(Al-Cu)、+S(Al-Cu-Mg)Al-Cu系：系：GP区区 (CuAl2)；Al-Cu-Mg:GP区区SS(Al2CuMg);l性能性能:耐耐蚀性不高，可性不高，可热处理理强化，化，自然自然时效。效。l应用：用：飞机大梁、蒙皮、

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